一種基于多臺激光輔助靶標(biāo)的特征點(diǎn)提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺檢測領(lǐng)域，特別涉及采用激光輔助多視數(shù)據(jù)拼 接中圖像數(shù)據(jù)的處理方法，具體是指一種基于多臺激光輔助的靶標(biāo)設(shè)計(jì)以及特征點(diǎn)的提取 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在多視數(shù)據(jù)拼接中，靶標(biāo)的設(shè)計(jì)及其特征點(diǎn)的精確提取對拼接精度具有重要的影 響。目前常用的拼接靶標(biāo)大致分為粘貼式、擺放式、投射式三種，粘貼式和擺放式容易遮擋 被測物形貌信息，且現(xiàn)場調(diào)整不方便，對惡劣環(huán)境的適應(yīng)性較差。而常用的投射式拼接靶標(biāo) 多存在特征點(diǎn)提取困難、精度低的問題。將靶標(biāo)的特征點(diǎn)作為最終拼接的特征點(diǎn)，傳統(tǒng)的特 征點(diǎn)一般具有特定的形狀分布，以普通的圓形光斑為例，因?yàn)闆]有特定的灰度分布，而僅僅 通過擬合特征邊緣來計(jì)算標(biāo)定特征點(diǎn)位置，不可避免的存在誤差。單純地通過提高硬件的 分辨率以提高特征點(diǎn)定位精度的代價(jià)是相當(dāng)巨大的，因而需要考慮采用高精度特征點(diǎn)的提 取算法來確定特征點(diǎn)的坐標(biāo)位置。
[0003] 2006年7月孫軍華等在期刊《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》上發(fā)表"基于平面基線靶標(biāo)的視覺 測量數(shù)據(jù)拼接方法"一文，文中提出了一種黑白棋盤方格的平面靶標(biāo)，并以黑白方格的角點(diǎn) 作為拼接的特征點(diǎn)，該靶標(biāo)具有較高的精度，但在被測物部分遮擋的情況下，方格角點(diǎn)由于 遮擋情況的不確定性，經(jīng)常出現(xiàn)誤匹配的情況，且該靶標(biāo)不能隨測量需要靈活調(diào)整，對高溫 等惡劣工礦適應(yīng)性較差。2009年4月劉曉利等人在期刊《光學(xué)學(xué)報(bào)》上發(fā)表"借助標(biāo)志點(diǎn) 的深度數(shù)據(jù)全局匹配方法" 一文，文中提出了一種在公共視場內(nèi)粘貼白色圓形標(biāo)記點(diǎn)作為 拼接靶標(biāo)的方法，通過高斯濾波去除圖像噪聲，利用邊緣檢測算子實(shí)現(xiàn)邊緣粗定位，然后進(jìn) 一步對橢圓進(jìn)行精確定位，最后對邊緣特征點(diǎn)進(jìn)行最小二乘擬合得到圓心的亞像素定位， 該方法存在較為繁瑣的粘貼和清除標(biāo)記工作，粘貼標(biāo)記部位點(diǎn)云缺失，易損害被測物表面 的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，發(fā)明一種基于多臺激光輔助 的靶標(biāo)，采用線激光器陣列獲取激光網(wǎng)格圖案，以橫、縱向光條的交點(diǎn)作為拼接特征點(diǎn)，采 用非接觸激光投影的方法構(gòu)造拼接靶標(biāo)，利用高精度靶標(biāo)特征點(diǎn)提取算法提取靶標(biāo)坐標(biāo)位 置，以提高靶標(biāo)特征點(diǎn)提取的精度和穩(wěn)定性。
[0005] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種基于多臺激光輔助靶標(biāo)的特征點(diǎn)提取方法，其特征 是，該方法采用非接觸多臺激光器構(gòu)成的激光器陣列投影激光光條構(gòu)造拼接靶標(biāo)，靶標(biāo)中， 激光網(wǎng)格的各個(gè)交點(diǎn)作為拼接的特征點(diǎn)，利用高精度靶標(biāo)特征點(diǎn)提取算法提取靶標(biāo)坐標(biāo)位 置；首先通過腐蝕操作獲得特征點(diǎn)的初始位置，然后利用初始位置確定感興趣區(qū)域，最后在 鑒別出的感興趣區(qū)域內(nèi)，采用迭代重加權(quán)最小二乘法技術(shù)，利用發(fā)明的激光光條模型以固 定間隔提取橫縱光條上多個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，得到橫縱光條的兩條擬合曲線，以其交點(diǎn)作為特征 點(diǎn)的精確位置；提取方法的具體步驟如下：
[0006] 步驟1 :基于激光輔助靶標(biāo)設(shè)計(jì)
[0007] 本發(fā)明采用多臺線激光器構(gòu)成激光器陣列，將激光光條投射到被測物的表面，構(gòu) 造出一個(gè)激光網(wǎng)格作為激光輔助靶標(biāo)，之后拍攝靶標(biāo)圖像；為保證激光光條提取的魯棒性， 通過調(diào)節(jié)攝像機(jī)曝光參數(shù)得到局部過曝的激光光條圖像，激光光條間距通過改變激光器的 位置進(jìn)行靈活調(diào)整；激光輔助靶標(biāo)形成的各個(gè)網(wǎng)格交點(diǎn)作為拼接的特征點(diǎn)；
[0008] 步驟2 :激光光條模型
[0009] 針對步驟1中投射的激光光條，建立一種局部過曝激光光條模型：
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于多臺激光輔助靶標(biāo)的特征點(diǎn)提取方法，其特征是，該方法采用非接觸多臺 激光器構(gòu)成的激光器陣列投影激光光條構(gòu)造拼接靶標(biāo)，靶標(biāo)中，將激光網(wǎng)格的各個(gè)交點(diǎn)作 為拼接的特征點(diǎn)，利用高精度靶標(biāo)特征點(diǎn)提取算法提取靶標(biāo)坐標(biāo)位置；首先通過腐蝕操作 獲得特征點(diǎn)的初始位置，然后利用初始位置確定感興趣區(qū)域，最后在鑒別出的感興趣區(qū)域 內(nèi)，采用迭代重加權(quán)最小二乘法技術(shù)，利用發(fā)明的激光光條模型以固定間隔提取橫縱光條 上多個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，得到橫縱光條的兩條擬合曲線，以其交點(diǎn)作為特征點(diǎn)的精確位置；提取方 法的具體步驟如下： 步驟1 :基于激光輔助靶標(biāo)設(shè)計(jì) 本發(fā)明采用多臺線激光器構(gòu)成激光器陣列，將激光光條投射到被測物的表面，構(gòu)造出 一個(gè)激光網(wǎng)格作為激光輔助靶標(biāo)，之后拍攝靶標(biāo)圖像；為保證激光光條提取的魯棒性，通過 調(diào)節(jié)攝像機(jī)曝光參數(shù)得到局部過曝的激光光條圖像，激光光條間距通過改變激光器的位置 進(jìn)行靈活調(diào)整；激光輔助靶標(biāo)形成的各個(gè)網(wǎng)格交點(diǎn)作為拼接的特征點(diǎn)； 步驟2 :激光光條模型 針對步驟1中投射的激光光條，建立一種局部過曝激光光條模型：
其中，u是激光光條法向的像素坐標(biāo)，η是項(xiàng)數(shù)，ai，bp Ci是每一項(xiàng)的系數(shù)；激光光條模 型對u求導(dǎo)后可以記作：
根據(jù)激光光條截面方向的灰度分布，將光條飽和區(qū)域的局部極值定義為光條的中心 占. 步驟3 :特征點(diǎn)初始位置與感興趣區(qū)域的確定 將步驟1得到的靶標(biāo)圖像采用中值濾波對圖像進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理后的圖像不僅去除 圖像脈沖噪聲，而且在一定程度上保留有用的細(xì)節(jié)信息；對圖像進(jìn)行二值化處理和腐蝕操 作，合理設(shè)置腐蝕操作閾值，獲取各個(gè)網(wǎng)格交點(diǎn)孤立的聯(lián)通區(qū)域，以聯(lián)通區(qū)域的灰度中心作 為特征點(diǎn)的初始位置戶(>(，:,../) = (<,《),/=1，5;其中，i，j分別指特征點(diǎn)在激光網(wǎng)格中 的行數(shù)和列數(shù)，Uu和V u分別指對應(yīng)的各個(gè)初始位置在圖像中u軸和V軸的像素坐標(biāo)； 感興趣區(qū)域是以特征點(diǎn)初始位置為圓心，rKra為像素半徑的圓形區(qū)域；在激光網(wǎng)格圖像 中快速獲取特征點(diǎn)的粗略位置，并鑒別出感興趣區(qū)域能夠有效減小搜索區(qū)域，提高特征點(diǎn) 提取效率； 步驟4 :確定特征點(diǎn)精確坐標(biāo) 在步驟3鑒別出的感興趣區(qū)域中，激光光條中心點(diǎn)根據(jù)步驟2提出的局部飽和激光光 條模型計(jì)算；豎直方向的激光光條，V代表具有固定像素間隔d的搜索位置，為匹配光條信 息，每根光條提取10個(gè)中心坐標(biāo)；在感興趣區(qū)域采用相同的V軸v k，通過掃描可以得到一系 列剖面上的激光光條數(shù)據(jù)，這些原始數(shù)據(jù)用飽和激光光條模型來匹配，Xk是中心點(diǎn)的U軸坐 標(biāo)；光條的中心點(diǎn)寫作（Xk，Vk)，則得到包含所有中心點(diǎn)的點(diǎn)集V = 樣得到水平光條的中心點(diǎn)集U = {Uk(uk, yk)}k = 1，2...1(l，其中，（uk, yk)即是第k個(gè)固定u軸Uk 的中心點(diǎn)； 分別利用豎直、水平方向的激光光條中心點(diǎn)集擬合曲線，以兩激光光條擬合曲線的 交點(diǎn)作為特征點(diǎn)的精確坐標(biāo)；采用基于迭代重加權(quán)最小二乘法技術(shù)，將特征點(diǎn)精確位置 P (i，j) u = u..5定義為兩條擬合激光直線的交點(diǎn)；同樣，投影靶標(biāo)上各個(gè)特征點(diǎn)的精確位 置都能得到。
【專利摘要】本發(fā)明一種基于多臺激光輔助靶標(biāo)的特征點(diǎn)提取方法屬于圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺檢測領(lǐng)域，特別涉及采用激光輔助多視數(shù)據(jù)拼接中圖像數(shù)據(jù)的處理方法，具體是指一種基于多臺激光輔助的靶標(biāo)設(shè)計(jì)以及特征點(diǎn)的提取方法。該方法采用非接觸多臺激光器構(gòu)成的激光器陣列投影激光光條構(gòu)造拼接靶標(biāo)，靶標(biāo)中，將激光網(wǎng)格的各個(gè)交點(diǎn)作為拼接的特征點(diǎn)，利用高精度靶標(biāo)特征點(diǎn)提取算法提取靶標(biāo)坐標(biāo)位置。本發(fā)明采用基于激光輔助的靶標(biāo)，相比較粘貼型靶標(biāo)具有更好的適應(yīng)性，通過先確定感興趣區(qū)域再精確提取特征點(diǎn)的方法，有效提高了特征點(diǎn)提取的精度和效率。
【IPC分類】G06T7-00, G06K9-46
【公開號】CN104732553
【申請?zhí)枴緾N201510169317
【發(fā)明人】賈振元, 劉巍, 徐鵬濤, 王靈麗, 劉陽, 楊景豪, 王亮, 樊超楠
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月10日